电气传动论文

《电气传动论文》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电气传动论文（41页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、设计题目 专业班级 学号 姓名 指导教师 设计时间 设计地点胡学芝 陈学珍2012/11/192012/11/30K2电力电子实验室、机房M眉徒2茅麗*电气与电子信息工程学院电气传动控制系统课程设计电气传动控制系统电气工程及其自动化班02101电气传动控制系统课程设计成绩评定表姓名学号专业班级课程设计题目：课程设计答辩记录：成绩评定及依据：1. 课程设计考勤情况（20%）：2. 课程设计答辩情况（30%）：3. 完成设计任务报告规范性（50%，其中直流系统部分占60%，交流部分占40%）：最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）：指导教师签字：2012 年 12 月 20日程设计任务书2

2、0122013学年第一学期学生姓名：专业班级：指导教师:胡学芝、陈学珍 工作部门：电气学院自动控制教研室一、课程设计题目：直流调速系统设计及仿真和交流调速系建模与仿真二、课程设计内容（含技术指标）1设计目的及要求电气传动课程设计是继“电气传动控制系统”课之后开设的实践性环节课程。由于 “控制系统”课程本身是一门理论深、综合性强的专业课，单是学习理论而不进行实践将不 利于知识的接受及综合应用。为了培养学生的实践能力，而设置电气传动控制系统的课程设 计。它将起到从理论过渡到实践的桥梁作用。通过该环节训练，达到下述教学目的：1、通过课程设计，使学生进一步巩固、深化和扩充在交直流调速及相关课方面的基本

3、知 识、基本理论和基本技能，达到培养学生独立思考、分析和解决问题的能力。2、通过课程设计，让学生独立完成一项直流或交流调速系统课题的基本设计工作，使学 生熟悉设计过程，了解设计步骤，达到培养学生综合应用所学知识能力、培养学生实际查阅 相关设计资料能力的目的、培养学生工程绘画和编写设计说明书的能力。3、通过课程设计，提高学生理论联系实际，综合分析和解决实际工程问题的能力。通过 课程设计，使学生理论联系实际，以实际系统作为实例，对系统进行分析设计，掌握控制系 统设计必须遵循的原则、基本内容、设计程序、设计规范、设计步骤方法及系统调试步骤。 并提高正确查阅和使用技术资料、标准手册等工具书的能力，提高

4、独立分析问题、解决问题 及独立工作的能力。通过设计培养学生严肃认真、一丝不苟和实事求是的工作作风。培养学 生的创新意识和创新精神，为今后走向工作岗位从事技术打下良好基础。2课程设计基本要求本课程设计应根据设计任务书以设计技术规程及规定进行。1、根据设计课题的技术指标和给定条件，能独立而正确地进行方案论证和设计计算，要 求概念清楚、方案合理、方法正确、步骤完整。2、要求掌握直流调速系统的设计内容、方法、步骤和交流调速系统建模与仿真。3、学会查阅有关参考资料和手册，并能正确选择有关元器件和参数。4、学会绘制有关电气系统原理图和编制元器件明细表。5、学会编写设计说明书。6、通过对所设计的系统进行仿真

5、实验，掌握系统仿真的方法。3通过课程设计，学生应掌握控制系统工作原理、总体方案确定原则、主电路设计及元 器件选型、控制回路设计及元器件选择、辅助回路设计等。并能熟练应用相应软件绘制原理 图及 PCB 板图，并能在应用控制系统仿真软件对所设计系统进行仿真实验。最后在条件允许 的情况下能对小型系统进行动手做出实体并调试，特别是应通过调试使学生掌握工程系统调 试过程及方法，积累工程实践经验。1. 学生分组、布置题目。按学号分组，然下达课程设计任务书，原则上每小组一个题目。2. 熟悉题目并选题，收集资料。设计开始，每个学生根据所选的题目，充分了解技术要求，明 确设计任务，收集资料，包括参考书、手册和图

6、表等，为设计做好准备3. 总体设计。正确选定系统方案，认真画出系统总体结构框图。4. 主电路设计。按选定的方案，确定系统的主电路形式，画出主电路及相关保护，操作电路原 理草图，完成主电路的元件计算和选择任务。5. 控制电路技术。按规定的技术要求，确定系统闭环结构和调节形式，画出系统控制电路原理 草图，选定检测元件和反馈系数，计算调节器参数并选定相关的元件。6. 校核整个系统设计，编制元件明细表。7. 绘制正规系统原理图，整理编制课程设计任务书。3直流调速系统设计及仿真题目和设计要求：(直流调速系统选项一题)(一)直流调速系统的设计选题1(1)电机数如下表:机架序号电动机型号P (KW)nU (

7、V)nI (A)nn (r/min)nR (Q)aGD 2 (Nm2)aP极对数1Z2-926723029114500.268.6012Z2-914823020914500.358. 0213Z2-823523015214500.431.3614Z2-812623011314500.527.4415Z2-721923082.5514500.711.7616Z2-71142306114500.89.817Z2-621123047.814500.96.3918Z2-61&52303714501.05.4919Z2-52623026.114501.13.92110Z2-514.223018.2514

8、501.23.431(2) 技术数据1. 电枢回路总电阻取R=2Ra；总飞轮力矩：GD2二2.5GD2。a2其他参数可参阅教材中“双闭环调速系统调节器的工程设计举例”的有关数据。3 .要求：调速范围D=10，静差率S 5%：稳态无静差，电流超调量n % 5% ；启i动到额定转速时的转速退饱和超调量n 10%。n4. 要求系统具有过流、过压、过载和缺相保护。5要求触发脉冲有故障封锁能力。6.要求给拖动系统设置给定积分器。(3) 设计的内容1. 调速的方案选择（1）直流电动机的选择（根据上表按小组顺序选择电动机型号）（2）电动机供电方案的选择（要求通过方案比较后，采用晶闸管三相全控整流器 供电方案

9、）；（3）系统的结构选择（要求通过方案比较后，采用转速电流双闭环系统结构）；（4）确定直流调速系统的总体结构框图。2. 主电路的计算（可参考“电力电子技术”中有关主电路技术的章节）（1）整流变压器计算，二次侧电压计算；一、二次侧电流的计算；容量的计算。（2）晶闸管元件的选择。晶闸管的额定电压、电流计算。（3）晶闸管保护环节的计算。a）交流侧过电压的保护；b）阻容保护、压敏电阻保 护计算；c）直流侧过电压保护；d）晶闸管及整流二极管两端的过电压保护； e）过电流保护。f）交流侧快速熔断器的选择，与元件全连的快速熔断器的选 择,直流侧快速熔断器的选择。（4）平波电抗器计算。3. 触发电路的选择与校

10、验 触发电路种类多，可直接选用，电路中元器件参数可参照有关电路进行选用。4. 控制电路设计计算： 主要包括：给定电源和给定环节的设计计算、转速检测环节的设计与计算、调速系统的稳态参 数计算、调速系统的稳态参数计算。5. 双闭环直流调速系统的动态设计： 主要设计转速调节器和电流调节器，可参阅双闭环调速系统调节器的工程设计法进行设计。6. 对系统进行仿真校验并上交设设说明书。（二）直流调速系统的设计选题2不可逆直流调速系统设计：设计数据：直流电机额定功率P=10KW；额定电压UN=220V,额N定电流I=55A,极对数2P=4，转速n =1000r/min；电枢电感L =7mH；电枢电阻Ra=0.

11、5Q ,NND励磁电压Ul=220V,励磁电流Il=1.6A；要求系统调速范围D=10,SW 5%,电流脉动系数Si W10%。设计要求:1、调速方案选择及确定2、主电路计算和元件选择3、触发电路设计选择4、控制回路设计元件选择和指标校验5、辅助电路设计及选择6、PCB板设计（选做）7、调试方案制订8、对系统进行仿真9、上交设计说明书，原理图三）直流调速系统的设计选题3某晶闸管供电的双闭环系统设计设计数据:直流电机额定功率P =60KW；额定电压U =220V,NN额定电流I=308A，转速n =1000r/min；电势系数Ce=0.196Vmin/r；主回路总电阻R=0.18Q ,NN触发整

12、流环节放大倍九Ks=35；电磁时间常数T=0.012s,机电时间常数Tm=0.12s,电流反馈滤 波时间常数Toi=0.0025s，转速反馈滤波时间常数Ton=0.015s。各调节器限幅为8V, 励磁电 压UL=110V,励磁电流Il=0.8A；要求系统调速范围D=10,SW 10%,电流超调量oi%W5%，转速超调量on%W12%.设计要求：1、调速方案选择及确定2、电路计算和元件选择3、触发电路设计选择4、控制回路设计元件选择和指标校验5、辅助电路设计及选择6、PCB板设计（选做）7、调试方案制订8、对系统进行仿真9、上交设计说明书，原理图及PCB板图四）直流调速系统的设计选题4系统设计数

13、据技术数据：380V, 50HZ,三相交流供电电源 直流电动机：型号Z3-51额定功率P =5.5kW，额定电压U =220vNN额定电流 1=28. 6A，额定转速 n =1500r/min, J=0.021kg m2NN励磁方式：他励，励磁额定电流Iex=0.75A 要求：（1）静态指标：调速范围D=5，静态指标S0.1%,（2）动态指标：动态调整时间AtW2s,空载起动到额定转速时的转速超调6n=20%设计要求：1、方案选择及确定2、电路计算和元件选择3、触发电路设计选择4、控制回路设计元件选择和指标校验5、辅助电路设计及选择6、PCB板设计（选做）7、调试方案制订8、对系统进行仿真9、

14、上交设计说明书，原理图4.交流调速系统建模及仿真（交流调速系统选一题）1、交流调压调速系统建模及仿真。 建立交流调压调速系统的仿真模型，并进行参数设置。做出仿真结果，上交说明书。2、串级调速系统系统建模及仿真： 建立串级调速系统的仿真模型，并进行参数设置。做出仿真结果，上交说明书。3、交-交变频调速系统的建模与仿真： 建立交-交变频调速系统的仿真模型，并进行参数设置。做出仿真结果，上交说明书。4、矢量控制变频调速系统的建模与仿真：建立磁链开环、转速和电流闭环的异步电机矢量控制调速系统仿真模型，并进行参数设置。 做出仿真结果，上交说明书。5、直接转矩控制系统的建模与仿真：建立直接转矩控制系统的仿

15、真模型，并进行参数设置。做出仿真结果，上交说明书。6、自选交流调速控制系统的建模与仿真：根据自已爱好，可自选前五类系统以外的交流调速系统进行建模与仿真结果，上交说明书三、进度安排1、时间安排时 间2012年11月19日2012年11月30日（共2周）星期一星期二星期三星期四星期五星期一星期二星期三星期四星期五上 午12节下午上 午下 午上 午下 午上 午下 午上 午下 午上 午下 午上 午下 午上 午下 午上 午下 午上 午下 午安 排查 资 料指 导。指导自行设计指导自行设计指导自行设计指导自行设计自行设计指导自行设计指导自行设计指导编 写 报 告编 写 报 告答辩答辩地 点设计指导地点：K

16、2 电力电子实验室，机房（自备计算机地点）查阅资料、自行设计地点：K2 一电力电子实验室、图书馆、上网地点或其它答 辩若在周五没有全部完成资料整理，则答辩时间可另行安排。2、执行要求（1）直流调速设计的十三题中选做一题，在交流调速仿真四题中选一题。（2）要求独立完成，并在答辩过程中检测。 （3）为了避免雷同，在设计中所采用的方案不能一样。四、基本要求 本课程设计的任务包括两部分内容：直流调速系统的设计并校验和交流调速建模与仿真 （一）直流调速系统设计部分提交:1题目及技术要求2系统方案和总体结构。3系统工作原理介绍。4具体设计说明：包括主电路和控制电路。5元件明细表。6系统原理图：绘制原理图纸

17、一张。7. 指标校验与仿真实现。8. 仿真模型和仿真结果.9. 画 PCB 板图（选做）。（二）交流部分提交 对给定的调系统进行建模与仿真,并提交仿真结果 五、成绩评定评定项目基本内涵分值设计过程考勤、自行设计、按进度完成任务等情况20分设计报告完成设计任务、报告规范性等情况50分答辩回答问题情况30分90100分：优；8089分：良；7079分：中；6069分，及格；60分以下：不及格六、参考资料1、陈伯时电力拖动自动控制系统，第3版.北京：机械工业出版社，20042、石玉等.电力电子技术题例与电路设计指.北京：机械工业出版社，19983、王兆安电力电子技术.第4版.北京：机械工业出版社，2

18、00 04、王离九等. 电力拖动自动控制系统. 武汉：华中科技大学出版社，19915、胡寿松.自动控制原理：第4版.北京：国防工业出版社6、洪乃刚等。电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真。机械工业出版社，2007。7、李华德主编。交流调速控制系统。电子工业出版社，20038、胡崇岳等。现代交流调速系统。机械工业出版社，20019、黄忠霖等。控制系统MATLAB设计及仿真。机械工业出版社，200110、电工手册指导教师：胡学芝 ，陈学珍2012年9月教研室主任签名：胡学芝2012年9月 10日目录第1篇 直流电动机调速系统的设计摘要11前言21.1研究背景及意义22系统方案选择和总体结构

19、设计32.1调速方案的选择32.2总体结构设计53主电路设计与参数计算63.1整流变压器的设计63.2晶闸管元件的选择73.3晶闸管保护环节的计算83.4平波电抗器的计算103.5励磁电路元件的选择124 触发电路选择134.1 晶闸管触发方法135双闭环的动态设计和校验155.1电流调节器的设计和校验155.2转速调节器的设计和校验166控制电路的设计与计算186.1 给定环节的选择186.2控制电路的直流电源186.3 反馈电路参数的选择与计算197直流调速系统电气原理总图208系统MATLAB仿真218.1系统的建模与参数设置218.2系统仿真结果的输出及结果分析22第2篇交流调速系统建

20、模与仿真9交-交变频调速系统建模与仿真239.1交-交变频调速原理239.2逻辑切换装置DLC封装239.3逻辑无环流单相交-交变频器的建模及仿真249.4异步电动机交-交变频器调速系统的建模与仿真2510课程小结2611参考文献262712 论文答辩摘要本文实现了转速电流双闭环直流调速系统的设计，实验结果可以准确直观的观 察转速-电流双闭环调速系统的启动过程，可方便的设计各种不同的调节器参数及 控制策略并分析其多系统性能的影响，取得了很好的效果。但怎样处理好转速控制 和电流控制之间的关系呢？经过反复研究和实践，终于发现，如果在系统中设置两 个调节器，分别调节转速和电流，两者之间实行串联连接，

21、即以转速调节器的输出 作为电流调节器 ACR 的输入，再用电流调节器的输出作为晶闸管触发装置的控制电 压，那么这两种调节作用就能互相配合，相辅相成了。本文利用 MATLAB 软件中的 simulink 组件对直流双闭环调速系统进行仿真，结 果表明，应用 MATLAB 进行系统仿真具有方便，高效及可靠性高等优点。关键词：双闭环直流调速系统，晶闸管，直流电动机，MATLAB，仿真AbstractThis paper presents the speed-current double closed-loop DC speed control system design, experimental r

22、esults can be accurate visual observation of speed - current double closed-loop speed control system startup process can be designed to facilitate the regulation of the various parameters and control strategies and to analyze their multi-system performance and achieved good results. But how to handl

23、e the speed control and current control between the relationship? After repeated study and practice, and finally found that if in the system set up two regulators, respectively, regulate speed and current in series connection between the practice, that is, the output of speed regulator as the input

24、current regulator ACR, and then current regulators output as the control voltage thyristor triggering device, then the regulatory role of these two will be able to complement one another by.In this paper, MATLAB software components of the simulink pairs of closed-loop speed control system of the DC

25、simulation results show that the application of MATLAB for system simulation is convenient, efficient and high reliability.Key words: Double-Loop DC Motor Control systems, thyristor, DC motors, MATLAB, simulation第1篇直流电动机调速系统的设计1前言1.1 研究背景及意义在电机的发展史上，直流电动机有着光辉的历史和经历，皮克西、西门子、格 拉姆、爱迪生、戈登等世界上著名的科学家都为直流电

26、机的发展和生存作出了极其 巨大的贡献，这些直流电机的鼻祖中尤其是以发明擅长的发明大王爱迪生却只对直 流电机感兴趣，现而今直流电机仍然成为人类生存和发展极其重要的一部分，因而 有必要说明对直流电机的研究很有必要。早期直流电动机的控制均以模拟电路为基础，采用运算放大器、非线性集成电 路以及少量的数字电路组成，控制系统的硬件部分非常复杂，功能单一，而且系统 非常不灵活、调试困难，阻碍了直流电动机控制技术的发展和应用范围的推广。随 着单片机技术的日新月异，使得许多控制功能及算法可以采用软件技术来完成，为 直流电动机的控制提供了更大的灵活性，并使系统能达到更高的性能。采用单片机 构成控制系统，可以节约人

27、力资源和降低系统成本，从而有效的提高工作效率。直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需 要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。从控制的角度来看，直 流调速还是交流拖动系统的基础。早期直流电动机的控制均以模拟电路为基础，采 用运算放大器、非线性集成电路以及少量的数字电路组成，控制系统的硬件部分非 常复杂，功能单一，而且系统非常不灵活、调试困难，阻碍了直流电动机控制技术 的发展和应用范围的推广。随着单片机技术的日新月异，使得许多控制功能及算法 可以采用软件技术来完成，为直流电动机的控制提供了更大的灵活性，并使系统能 达到更高的性能。采用单片机构成控制系统，

28、可以节约人力资源和降低系统成本， 从而有效的提高工作效率。本设计主电路采用晶闸管三相全控桥整流电路供电方案，控制电路由集成电路 实现，系统中有速度调节器、电流调节器、触发器和电流自适应调节器等。2 系统方案选择和总体结构设计2.1 调速方案的选择本次设计选用的电动机型号 Z2-72 型，其具体参数如下表2-1 所示表2-1Z2-72型电动机具体参数电动机 型号P (KW)NU (V)NI (A)Nn (r/min)NR ()aGD 2(Nm2)aP极 对数Z2-721923082.5514500.89.81（1）电动机供电方案的选择变压器调速是直流调速系统用的主要方法，调节电枢供电电压所需的可

29、控制电 源通常有 3种：旋转电流机组，静止可控整流器，直流斩波器和脉宽调制变换器。 旋转变流机组简称 G-M 系统，适用于调速要求不高，要求可逆运行的系统，但其设 备多、体积大、费用高、效率低、维护不便。静止可控整流器又称V-M系统，通过 调节触发装置GT的控制电压来移动触发脉冲的相位，即可改变U，从而实现平滑d调速，且控制作用快速性能好，提高系统动态性能。直流斩波器和脉宽调制交换器 采用PWM受器件各量限制，适用于中、小功率的系统。根据本此设计的技术要求和 特点选V-M系统。在V-M系统中，调节器给定电压，即可移动触发装置GT输出脉冲的相位，从 而方便的改变整流器的输出，瞬时电压U。由于要求

30、直流电压脉动较小，故采用d 三相整流电路。考虑使电路简单、经济且满足性能要求，选择晶闸管三相全控桥交 流器供电方案。因三相桥式全控整流电压的脉动频率比三相半波高，因而所需的平 波电抗器的电感量可相应减少约一半，这是三相桥式整流电路的一大优点。并且晶 闸管可控整流装置无噪声、无磨损、响应快、体积小、重量轻、投资省。而且工作 可靠，能耗小，效率高。同时，由于电机的容量较大，又要求电流的脉动小。综上 采用晶闸管三相全控整流器供电方案。2）调速系统方案的选择计算电动机电动势系数 C ： eU I R 23082.55X0.81450C 二 一nna 二二 0.113 v min/r,e n1450N当

31、电流连续时,开环系统的额定速降为：An =N-4N-Ce兰二 8255 X 2 X 08 二 1168.8 r/min,0.113开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率：S 二An#二1168.8x 100% 二 44.6%N n + An 1450 +1168.8NN这已大大超过了 sW5%的要求，更不必谈调到最低速了。若 D=10, sW5%.,则 An 二 I 或I 1 = 1 Ld 二 KI(3-8)TNT(AV)T T(AV) 1.57 1.57 I dd考虑(1.52)倍的裕量I 二(1.5 2)KI(3-9)T ( AV )d式中K= I / (1.571 )电流计算系数。T

32、d此外，还需注意以下几点： 当周围环境温度超过+40C时，应降低元件的额定电流值。 当元件的冷却条件低于标准要求时，也应降低元件的额定电流值。 关键、重大设备，电流裕量可适当选大些。查表得K=0.368,考虑1.52倍的裕量= (1.5 2)KI(3-10)T(AV 丿d=G.5 2)x 0.368 X 82.55二 47.6 - 60.7A取I = 60.7A。故选晶闸管的型号为KP50-79。T3.3 晶闸管保护环节的计算晶闸管有换相方便，无噪音的优点。设计晶闸管电路除了正确的选择晶闸管的 额定电压、额定电流等参数外，还必须采取必要的过电压、过电流保护措施。正确 的保护是晶闸管装置能否可靠

33、地正常运行的关键。(1)过电压保护以过电压保护的部位来分，有交流侧过压保护、直流侧过电压保护和器件两端 的过电压保护三种。1) 交流侧过电压保护错误!未指定书签。阻容保护 即在变压器二次侧并联电阻R和电容C进行 保护。本系统采用 D-Y 连接,S=11.14kVA, U2=120VI取值：当S10kVA时，对应的I =10ememC 61 S /U 2 二 6X10X 11.14X103/1202 二 46.42卩 Fem 2耐压 21.5U =1.5X120/2 =254.56Vm故选取50UF，耐压300V的CZDJ-2型金属化纸介电容器。Q、23 U 2 町 2 31202f5R 2.3

34、 2 sh = 2.3 xx = 2.10QS VI11.14X103 V10emI 二 2兀 fCU x 10-6 二 2兀 x 50 x 50 x 120 x 10-6 二 1.88 A ccP (3 4)12R 二(3 4) x (1.88)2 x 2.10 二 22.27 29.69WRc故可选2.100、30W的金属膜电阻。 压敏电阻的计算U= 1.3x 冋=1.3X、辽 x120 = 220.6V1MA流通量取5kA。故可选MY31-220/5型压敏电阻。允许偏差+10%2) 直流侧过电压保护直流侧保护可采用与交流侧保护相同的方法，可采用阻容保护和压敏电阻保护。但采用阻容保护易影响

35、系统的快速性，并且会造成di/dt加大。因此，一般不 采用阻容保护，而只用压敏电阻作过电压保护。U二(1.8 -2.2)U 二(1.8 -2.2) x 230 二 414 460V1MAd选 MY31-440/5 型压敏电阻。允许偏差+10%。3) 闸管及整流二极管两端的过电压保护查下表：表 3-1 阻容保护的数值一般根据经验选定晶闸管额定电流/uA1020501002005001000电容/uF0.10.150.20.250.512电阻/Q1008040201052抑制晶闸管关断过电压一般采用在晶闸管两端并联阻容保护电路方法。电容耐压可选加在晶闸管两端工作电压峰值U的1.11.15倍。m得

36、C=0.2UF, R=40Q。耐压21.5U =1.5X120X J6 =440.91Vm故选CZJD-2型金属化纸介电容器，电容量为0.22UF，耐压值为500VP = fcU 2 X10-6 = 50X 0.22X (、込x 120)2 X10-6W = 0.48WR 22故选择R=40 Q，1W的金属膜电阻。2） 过电流保护快速熔断器的断流时间短，保护性能较好，是目前应用最普遍的保护措施。快 速熔断器可以安装在直流侧、交流侧和直接与晶闸管串联。（1）晶闸管串连的快速熔断器的选择 接有电抗器的三相全控桥电路，通过晶闸管的有效值I = I I 訂=37/= 21.36AT d选取 RLS-5

37、0 快速熔断器，熔体额定电流 50A。（2）过电流继电器的选择因为负载电流为37A,所以可选用吸引线圈电流为50A的JL14-11ZS型手动复 位直流过电流继电器，整定电流取1.25X37=46.25A3.4 平波电抗器的计算为了使直流负载得到平滑的直流电流，通常在整流输出电路中串入带有气隙的 铁心电抗器Ld，称平波电抗器。其主要参数有流过电抗器的电流一般是已知的， 因此电抗器参数计算主要是电感量的计算。（1）算出电流连续的临界电感量L1可用下式计算，单位mH。L = K （3-11）11 Id min式中K1为与整流电路形式有关的系数，可查表得；1dmin为最小负载电流，常取电动机额定电流的

38、5%10%计算。根据本电路形式查得K 1=0.695所以L = 0.695 x 120 二 22.54mH137 x 10%（2）限制输出电流脉动的临界电感量L2由于晶闸管整流装置的输出电压是脉动的，因此输出电流波形也是脉动的。该 脉动电流可以看成一个恒定直流分量和一个交流分量组成。通常负载需要的只是直 流分量，对电动机负载来说，过大的交流分量会使电动机换向恶化和铁耗增加，引 起过热。因此，应在直流侧串入平波电抗器，用来限制输出电流的脉动量。平波电 抗器的临界电感量L2 （单位为mH）可用下式计算3-12)二K仏2 SIid式中K2 系数，与整流电路形式有关，Si -电流最大允许脉动系数，通常

39、三 相电路SW(510)%。根据本电路形式查得K2=1.045,所以L 二 K 厶=1.045 x 120= 33.89 mH22 SI37 x 10%id(3) 电动机电感量LD和变压器漏电感量Lt电动机电感量Ld (单位为mH)可按下式计算L 二 Kdx103(3-13)D d 2 pnID式中Ud、Id、n-直流电动机电压、电流和转速，常用额定值代入； P电动机的磁极对数；Kd 计算系数。一般无补偿电动机取812，快速无补偿 电动机取68,有补偿电动机取56。本设计中取Kd =8、Ud =230V、仁=37A、 n=1450r/min、p=1U230L 二 Kx 103 = 8 xx 1

40、03 = 17.15mHD d 2pnI2x1x1450x37D3-14)变压器漏电感量Lt (单位为mH)可按下式计算L = K sh 2T T100ID式中Kt 计算系数，查表可得U sh 变压器的短路比，一般取5%10%。 本设计中取 KT =3.2、 Ush =0.05所以Lt =3.2X0.05X 120/ (100X37) =0.0519mH(4) 实际串入平波电抗器的电感量Ld 考虑输出电流连续时的实际电感量：L = max (L ,L )(L + 2L ) = 16.64mH(3-15)d 12 1 D T(5) 电枢回路总电感:L 二 Ld 1 + Ld + 2Lt = 16

41、.64+17.15+2X0.0519=33.89mH3.5 励磁电路元件的选择整流二极管耐压与主电路晶闸管相同，故取700V。额定电流可查得K=0.367, ID(AV) = (1.52)KIL =(1.52) X0.367X3.77A=2.082.77A 可选用ZP型3A、800V的二极管。RPL为与电动机配套的磁场变阻器，用来调节励磁电流。为实现弱磁保护，在磁场回路中串入了欠电流继电器KA，动作电流通过RPI 调整。根据额定励磁电流lex =1.2A，可选用吸引线圈电流为2.5A的JL14-11ZQ 直流欠电流继电器。4 触发电路选择4.1 晶闸管触发方法晶闸管三相全控桥式整流电路图如图

42、4-1 所示。心.3_旳 丸匕图 4-1 三相全控桥式整流电路图 4-2 三相电压曲线选用集成六脉冲触发器电路模块，其电路如图 4-3 所示：从产品目录中查得晶闸管的触发电流为Igt V250mA，触发电压Vgt 3V。由已 知条件可以计算出U * 二 a nnm max二 0.007 x 1450 二 10.15V，U* = 0 I = 0.05 x 37 二 1.85V， im dmCn +1 RedK0.115 x 1450 + 37 x 240= 6.02V 。因为U = 6.02V，Vgt Wci，满足条件。忽略反电动势变化对电流环动态影响条件：31= 3 x T - T1.84 x

43、 0.0133 m l电流环小时间常数近似处理条件：沁 19.18S -1 W3 T -T3 0.0017 x 0.002cis ii ，满足条件。5） 计算调节器的电阻和电容C 丄二 0.0133 沁 0.296pFC1Ri45k，取 0.3 四,oi二乞二皿2二0.2卩FR040k，取 0.2pF。W C)二 KC, + 1.078 x(0.0133s +1) 故0.0133sACR其结构图如下所示：iT Sin 卄Coi-r图 5-1 电流调节器o=1.078 x 40=43.12 心，取 45 k ,取运算放大器的Ro =40心，有Ri = K -R5.2 转速调节器的设计和校验(1)

44、 确定时间常数：1有K - T = 0.5,贝V 二2T = 2x 0.0037s二0.0074s，已知转速环滤波时间常 iYiKxiI1数T =0.01s，故转速环小时间常数T =+ T = 0.0074 + 0.01 = 0.0174s。onxn K onI(2) 选择转速调节器结构：TT7 () K G s +1)按设计要求，选用PI调节器 W s)=-ASRT -sn(3) 计算转速调节器参数：按跟随和抗干扰性能较好原则，取1=4，则ASR的超前时间常数为： T =hT =4x0.0174 =0.0696s，nx n转速环开环增益 KNh +1 =52h2T2 = 2 x 42 x 0

45、.01742 xn=516.1s -1。ASR 的比例系数为：(h + 13C - Tem2haRTxn5 x 0.05 x O15 x 欣=go2 x 4 x 0.007 x 0.6 x 0.01744）检验近似条件K 转速环截止频率为 W 二N 二 K -T 二 516.1 X 0.0696 二 35.92。cnJWN n1电流环传递函数简化条件为-：=1 :丄35丄=63.7s-i W，满足条件。3Y T 3 Y 0.0037cn转速环小时间常数近似处理条件为： =1 :135丄=38.7s-i W，满足条件。3 飞 T 3” 0.01cnon（5）计算调节器电阻和电容：取 R =40k

46、Q，则 R 二-R = 90.483 x 40 二 3619.32k0，取 3700kQ。TnRn0n n 0船=00188肝，取 002厲Con =鵲=，取 1凡（T s +1） 90.483x（0.0696s +1）0.0696s故W & ）=一 =。其结构图如下:ASRT - sn图 5-2 转速调节器校核转速超调量：由h=4,查得b = 43.6% 10%，不满足设计要求，应使ASR退 nACbAC饱和重计算b。设理想空载z=0, h=4时，查得一 =77.5%，所以bn =2（ma）nCCbb152x0.6（九z）AnN -= 2 x 77.5% x1.5 x= 0.0165 = 1

47、.2% 10%，满足要求。n T1450m6 控制电路的设计与计算6.1 给定环节的选择23已知触发器的移相控制电压Uc为正值，给定电压经过两个放大器它的输入输出 电压极性不变，也应是正值。为此给定电压与触发器共用一个15V的直流电源，用 一个 2.2K 、1W 的电位器引出给定电压。6.2 控制电路的直流电源6.3 反馈电路参数的选择与计算本设计中的反馈电路有转速反馈和电流截止负反馈两个环节，电路图见主电路。（1）测速发电机的选择因为Im ” nmax二。曲1450二，故这里可选用ZYS74A型永磁直流测速发电机。它的主要参数见下表。表 62ZYS-14A 型永磁直流测速发电机型号最大功率w

48、最高电压V最大工作电流A最高转速r/minZYS-14A121201003000取负载电阻Rg =2 KO ,P=2W的电位器，测速发电机与主电动机同轴连接。（2） 电流截止反馈环节的选择选用LEM模块LA100-S电流传感器作为检测元件，其参数为：额定电流100A， 匝数比1： 1000，额定输出电流为0.1A。选测量电阻Rm=47O,，P=1W的绕线电位 器。负载电流为1.2【N时。让电流截止环节起作用，此时LA100-S的输出电流为 1.2In/1000=1.2X152/1000=0.184A，输出电压为 47X0.25=11.75V，再考虑一定 的余量，可选用1N4240A型的稳压管作为比较电压，其额定值为10V。7 直流调速系统电气原理总图8 系统 MATLAB 仿真本次系统仿真采用目前比较流行的控制系统仿真软件MATLAB，使用MATLAB对 控制系统进行计算机仿真的主要方法有两种，一是以控制系统的传递函数为基础， 使用MATLAB的Simulink工具箱对其进行计算机仿真研究。另外一种是面向控制系 统电气原理结构图，使用Power System工具箱进行调速系统仿真的新方法。本次